РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ СЕРВИСА С ГОЛОСОВЫМИ И ТЕКСТОВЫМИ ЧАТАМИ НА ОСНОВЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ: АНАЛИЗ, ТЕСТОВАЯ РЕАЛЬЗАЦИЯ И СТЕК УЛУЧШЕННОЙ ВЕРСИИ

DEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION OF A SERVICE WITH VOICE AND TEXT CHATS BASED ON DOMESTIC TECHNOLOGIES: ANALYSIS, TEST IMPLEMENTATION, AND THE STACK OF THE ENHANCED VERSION

Sergey Vasilkov

student, Department of Information and Computing Systems, Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University,

Russia, St. Petersburg

Andrey Zabrodin

scientific supervisor, Ph.D. history sciences, associate professor, Department of Information and Computing Systems, Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

В статье анализируется процесс проектирования и разработки инновационного сервиса, объединяющего голосовые и текстовые чаты, включая пример неудачной реализации подобного решения. При этом основное внимание уделяется проблематике импортозамещения в контексте IT-технологий в России. В ходе исследования особо выделены ключевые аспекты, необходимые для успешной реализации эффективного и конкурентоспособного продукта, особо освещены вопросы выбора технологических решений и обеспечения безопасности данных. Результаты анализа представлены в виде рекомендаций, направленных на создание голосовых и текстовых чатов, адаптированных к особенностям российского рынка и соответствующих стандартам пользовательских требований. Статья несомненно вносит свой вклад в развитие отечественного программного обеспечения и цифровой экономики, предоставляя практические стратегии решения проблемы зависимости от зарубежных IT-продуктов и технологий.

ABSTRACT

The article covers the process of designing and developing a service with voice and text chats in the context of the relevant task of import substitution in the field of IT technologies for Russia. The author focuses on analyzing the key aspects of creating an effective and competitive product. The article examines issues of inter-face design, which technologies will need to be used, and how to protect data. The research results include recommendations for creating voice and text chats adapted to Russian realities and user requirements. The article contributes to the development of domestic software and the digital economy, offering solutions to the problem of dependence on foreign IT products and technologies.

Ключевые слова: импортозамещение в IT; голосовой чат; текстовый чат; разработка на Python; WebRTC; проектирование пользовательского интерфейса; безопасность данных в чатах.

Keywords: Import substitution in IT; voice chat; text chat; Python development; WebRTC; user interface design; chat data security.

ВВЕДЕНИЕ

В эпоху цифровизации общества и усиленного развития сферы дистанционного общения, задача создания эффективных коммуникационных сервисов становится все более актуальной. Это особенно значимо в контексте импортозамещения, где важно разрабатывать продукты, соответствующие мировым стандартам, но при этом базирующиеся на отечественных технологиях и разработках. В данной статье рассматривается проектирование и разработка сервиса, предоставляющего голосовые и текстовые чаты, отвечающих современным требованиям эффективности и безопасности. [1]

Центральным аспектом нашего исследования является анализ и применение технологии WebRTC, которая позволяет реализовать голосовую и текстовую связь в реальном времени. Эта технология была выбрана за ее способность обеспечивать высококачественную передачу данных, что критически важно для создания надежных и удобных средств коммуникации. Особое внимание уделяется также вопросам интеграции, масштабируемости и безопасности, которые являются ключевыми в контексте разработки современных IT-решений.

В ходе работы мы исследуем процесс разработки от начального этапа выбора технологического стека, включая использование языка программирования Python, до деталей проектирования пользовательского интерфейса и обеспечения положительного пользовательского опыта.

Отдельное внимание кделяется анализу специфических потребностей и ожиданий российского рынка, а также особенностям реализации проектов в рамках политики импортозамещения.

Таким образом, данная статья направлена прежде всего на комплексное исследование, сфокусированное на анализе специфических потребностей и ожиданий российского рынка, а также учете особенностей реализации проектов в контексте политики импортозамещения. Её цель заключается в разработке эффективного и безопасного сервиса для голосового и текстового общения, предлагая практические применимые результаты исследования в области информационных технологий.

АНАЛИЗ РЫНКА

На современном рынке IT-услуг наблюдается стремительное развитие огромного количества сервисов для голосового и текстового общения. [2] Для понимания данного сегмента рынка, особенно в контексте импортозамещения, важно изучить существующие решения, их преимущества и недостатки, а также отзывы пользователей и тенденции развития. Что, в свою очередь, позволит выявить потребности пользователей и обосновать необходимость создания нового сервиса, который бы учитывал специфику отечественного рынка и предлагал улучшенные функциональные возможности.

Международный рынок сервисов голосового и текстового общения характеризуется наличием множества решений, включая такие платформы как Zoom, Skype, Slack и др. Эти сервисы предлагают широкий спектр функциональных возможностей, однако они зависят от зарубежных серверов и технологий, что может вызывать вопросы безопасности и надежности данных.

Европейский рынок также представлен разнообразными решениями, среди которых могут быть выделены сервисы типа Viber и WhatsApp. Они популярны за счет своей простоты и удобства использования, но также сталкиваются с проблемами конфиденциальности данных.

Российский рынок показывает потребность в разработке собственных IT-решений. В настоящее время существуют такие сервисы, как Telegram или TamTam, однако они не полностью отвечают потребностям российских пользователей с точки зрения функциональности и интеграции с отечественными технологиями, например, Яндекс мессенджер, ТамТам, VK Teams и др.

Анализируя текущую ситуацию на рынке, становится очевидной потребность в создании сервиса, который бы сочетал в себе лучшие качества международных и отечественных решений, предлагая высокий уровень безопасности, адаптацию к местным условиям и возможности для масштабирования и интеграции.

ЦЕЛИ И ВАЖНОСТЬ СЕРВИСА СЕЙЧАС

Наши основные цели в разработке этого инновационного сервиса с голосовыми и текстовыми чатами заключаются в создании продукта, который соответствует современным требованиям коммуникационных технологий и адаптирован под специфику российского рынка. В фокусе нашего внимания - обеспечение высокого уровня безопасности данных, что является критически важным в условиях угроз кибербезопасности. Проект также направлен на уменьшение зависимости от иностранных IT-решений, предлагая качественную и надежную альтернативу на базе отечественных технологий.

Мы стремимся к созданию удобного и доступного интерфейса, обеспечивая широкую доступность сервиса для всех категорий пользователей. Важным аспектом является и масштабируемость проекта, гарантирующая его эффективность и стабильность даже при увеличении нагрузки и количества пользователей. Не менее важной задачей является интеграция нового сервиса с уже существующими платформами и системами, что позволит расширить его функционал и сферы применения.

Создание сервиса с голосовыми и текстовыми чатами в России в настоящее время обусловлено рядом значимых причин, усиливающихся в контексте нарастающих ограничений на использование западных веб-сервисов. Эти факторы создают уникальную ситуацию, в которой разработка отечественного продукта не только желательна, но и необходима. Это направлено на снижение зависимости от иностранных сервисов и технологий, что повышает национальную безопасность и самостоятельность в IT-сфере. [3]

Ограничения на западные сервисы часто связаны с вопросами защиты данных и конфиденциальности пользователей, а также могут привести к проблемам с доступностью и стабильностью этих сервисов в России. Разработка отечественного сервиса позволит обеспечить более строгий контроль над обработкой и хранением персональных данных в соответствии с российским законодательством. Создание местного продукта гарантирует его доступность и надёжность для российских пользователей.

Отличительные особенности российского рынка и культурные особенности пользователей требуют специального подхода в разработке сервисов. Отечественный продукт может быть лучше адаптирован под нужды и предпочтения местной аудитории. Разработка собственных IT-решений способствует росту и развитию внутренней IT-индустрии, стимулируя инновации, создавая новые рабочие места и укрепляя экономику страны.

Таким образом, разработка отечественного сервиса для голосовых и текстовых чатов является стратегически важным шагом, направленным на укрепление цифрового суверенитета России, обеспечение безопасности и конфиденциальности данных, а также на поддержание и развитие национальной IT-инфраструктуры.

ТРЕБОВАНИЯ ПРОЕКТА

Для успешного осуществления нашего проекта по созданию сервиса с голосовыми и текстовыми чатами мы устанавливаем комплекс требований, обеспечивающих его эффективность и соответствие ожиданиям современных пользователей. Важной составляющей является применение передовых технологий, которые гарантируют высокое качество передачи голоса и текста в реальном времени, а также обеспечивают поддержку разнообразных устройств и операционных систем для максимальной доступности сервиса.

Высокий уровень безопасности и конфиденциальности данных является приоритетом, что достигается за счет использования надежных механизмов защиты, включая шифрование end-to-end и многоуровневую аутентификацию.

Помимо этого, особое внимание уделяется разработке интуитивно понятного и удобного пользовательского интерфейса, что делает наш сервис доступным для широкого круга пользователей, включая тех, кто не обладает глубокими техническими знаниями.

Масштабируемость сервиса должна обеспечивать его стабильность и эффективность работы даже при значительном увеличении числа пользователей и объема обрабатываемых данных. [4] Интеграция с другими платформами и системами расширяет функциональные возможности сервиса, повышая его удобство и практичность использования.

Важным аспектом является также соответствие всем нормам и требованиям российского законодательства, особенно в вопросах обработки и хранения персональных данных. Кроме того, наша система будет спроектирована таким образом, чтобы обеспечивать минимальные задержки в передаче данных и высокую четкость звука, что критически важно для качественного общения в реальном времени.

Таким образом, эти требования создают основу для разработки надежного, безопасного и удобного в использовании сервиса, который будет способствовать развитию цифровой экономики и укреплению технологической независимости страны в современном мире.

ТЕСТОВАЯ ВЕРСИЯ

В ходе разработки нашего проекта по созданию сервиса для голосовых и текстовых чатов была создана тестовая версия, которая использовала технологию сокетов для передачи голоса и интерфейс, разработанный с помощью библиотеки Tkinter. Однако, в процессе тестирования и использования этой версии столкнулись с рядом существенных недостатков.

Прежде всего, интерфейс, разработанный с использованием Tkinter, оказался неудобным для пользователей. Tkinter, хотя и является функциональным инструментом для создания простых графических пользовательских интерфейсов на Python, не обеспечивает того уровня гибкости и эстетической привлекательности, который ожидается от современных приложений. [5] В результате, пользовательский опыт оказался далеким от идеала, что снижало общее восприятие и удобство использования сервиса.

Кроме того, использование сокетов для передачи голоса приводило к значительным задержкам в коммуникации. В старой версии сервера пакет от клиента со звуком приходил на сервер и отправлялся всем, кроме клиента, который его отправил. Таким образом клиент не слышал сам себя, но нагрузка на сервер была велика и голос часто рассинхронизировался.

Несмотря на то, что сокеты являются мощным инструментом для сетевого взаимодействия, они не оптимизированы для передачи аудиоданных в реальном времени, особенно при высоких требованиях к качеству и скорости передачи (рис. 1). Эти задержки делали голосовое общение через сервис медленным и непрактичным, что ставило под вопрос его эффективность для предполагаемого использования.

Рисунок 1. Старый сервер на сокетах

ВЫБОР НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЗВУКА

В процессе анализа при выборе наилучшего решения реализации сервиса, изначально рассматривавшего использование технологии socket, стали очевидны ее ограничения по производительности и оптимизации. Эти обстоятельство потребовали изменить протокол передачи данных, рассмотрев при этом различные альтернативы с учетом требований проекта и его целей [6]:

WebRTC (Web Real-Time Communication): Это современная технология, позволяющая осуществлять передачу аудио и видео в реальном времени непосредственно в веб-браузерах без необходимости установки дополнительных плагинов. WebRTC широко используется для видеоконференций, чатов и других приложений для обмена мультимедиа.

HTTP Live Streaming (HLS): Этот протокол используется для потоковой передачи аудио и видео через HTTP. HLS позволяет эффективно транслировать контент для большого числа пользователей, поддерживая разные скорости соединения и устройства.

RTMP (Real-Time Messaging Protocol): Ранее широко использовавшийся для потоковой передачи аудио и видео, RTMP постепенно уступает место более современным протоколам, но все еще активно применяется в некоторых системах, особенно для трансляций в реальном времени.

SIP (Session Initiation Protocol): Протокол, часто используемый в IP-телефонии для установления, изменения и завершения сессий связи, включая голосовые и видео вызовы.

WebSocket: Хотя WebSocket технически является улучшенной версией сокетов, он предоставляет более высокий уровень абстракции и может быть использован для эффективной передачи аудио данных в реальном времени между клиентом и сервером.

MPEG-DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP): Это технология адаптивной потоковой передачи, которая позволяет оптимизировать воспроизведение мультимедиа в зависимости от условий сети и мощности устройства.

ICE (Interactive Connectivity Establishment): Хотя это не технология передачи аудио как таковая, ICE используется в WebRTC для улучшения подключения через NAT и файрволы, что важно для стабильной передачи аудио и видео данных.

RTP (Real-time Transport Protocol): Протокол, широко используемый для передачи аудио и видео в реальном времени по сетям IP.

Каждая из этих технологий имеет свои особенности и лучше всего подходит для определенных типов приложений и сценариев использования. Выбор был сделан в пользу WebRTC из-за простоты и производительности этого протокола.

Важно подчеркнуть, что при выборе технологии было принято осознанное решение избежать использования сторонних API, с тем чтобы обеспечить полную автономию разрабатываемого сервиса от внешних платформ и сервисов. Этот стратегический подход позволит управлять функциональностью, безопасностью и производительностью сервиса, обеспечивая его стабильность и доступность в условиях возникших ограничений на использование зарубежных веб-сервисов. Также следует отметить важность такого подхода с точки зрения соблюдения требований российского законодательства в области обработки и защите персональных данных пользователей. [7]

ПОЧЕМУ ИМЕННО WEBRTC?

В выборе между WebRTC и сокетами для создания сервиса с голосовыми и текстовыми чатами каждая технология представляет свои уникальные преимущества. Сокеты, являясь фундаментальным инструментом для сетевого взаимодействия, обеспечивают гибкость и контроль над низкоуровневыми аспектами передачи данных. Это позволяет разработчикам тонко настраивать производительность и поведение сетевых взаимодействий, что особенно важно в условиях, требующих специализированных или нестандартных сетевых решений.

Однако WebRTC предлагает ряд существенных преимуществ для конкретного случая разработки голосового и текстового общения. Во-первых, WebRTC специально разработан для обеспечения связи в реальном времени, предлагая оптимизированные и высокоэффективные механизмы для передачи аудио и видео потоков. Во-вторых, WebRTC включает встроенные средства обеспечения безопасности, такие как шифрование end-to-end, что критически важно для защиты конфиденциальности пользователей. В-третьих, данная технология обеспечивает более простую и удобную интеграцию с веб-браузерами и мобильными приложениями, что значительно упрощает разработку кросс-платформенных приложений [8].

Таким образом, хотя сокеты предоставляют более широкий контроль над сетевыми операциями, WebRTC выделяется как более подходящий выбор для задач реализации голосовых и текстовых чатов благодаря своей специализации, встроенным механизмам безопасности и лёгкости интеграции. Это делает WebRTC оптимальным выбором для создания современного, безопасного и пользовательски дружественного сервиса общения.

ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ В ПРОЕКТЕ

Защита информации будет играть ключевую роль в разработке сервиса с голосовыми и текстовыми чатами, особенно в контексте импортозамещения, где важно обеспечить высокий уровень безопасности данных в соответствии с отечественными стандартами и законодательством.

Обеспечение безопасности информации представляет собой фундаментальный аспект в разработке сервиса с голосовыми и текстовыми чатами, особенно в контескте стратегии импортозамещения, где приоритетом является создание продукта, объединяющего передовые характеристики международных и отечественных решений. Важно не просто обеспечить высокий уровень защиты данных, соответствующий отечественным стандартам и законодательству. При этом обеспечение безопасности данных напрямую связано с целью снижения зависимости от иностранных технологий.

В нашем проекте мы будем уделять особое внимание следующим аспектам защиты информации [9]:

Шифрование данных: Предполагается использовать end-to-end шифрование для всех передаваемых данных, включая голосовые и текстовые сообщения. Это обеспечит, что информация останется защищенной от перехвата на всем пути от отправителя к получателю.

Безопасность на уровне сервера: Серверы, на которых будет размещаться сервис, будут защищены с помощью современных методов и технологий безопасности, включая фаерволы, системы обнаружения и предотвращения вторжений, а также регулярное обновление программного обеспечения для предотвращения уязвимостей.

Аутентификация и авторизация: Для доступа к сервису будут использоваться надежные методы аутентификации, включая двухфакторную аутентификацию. Это поможет предотвратить несанкционированный доступ к аккаунтам пользователей.

Контроль доступа: Предполагается система контроля доступа, которая обеспечит, что пользователи будут иметь доступ только к тем функциям и данным, которые соответствуют их уровню доступа.

Защита конфиденциальности представляет собой соблюдаться принципы и требования, касающиеся конфиденциальности пользовательских данных, в соответствии с российским законодательством о защите персональных данных.

Регулярное тестирование на уязвимости: Будут проводиться регулярные тесты на уязвимости и аудиты безопасности для выявления и устранения потенциальных рисков безопасности.

Обучение пользователей: Необходим работа по повышению осведомленности пользователей о вопросах кибербезопасности и лучших практиках по защите личной информации.

Реализация указанных мер позволит создать многоуровневую систему защиты информации, что является важным аспектом обеспечения соответствия сервиса высоким стандартам безопасности и, следовательно, укрепления доверия пользователей.

СТЕК РАЗРАБОТКИ УЛУЧШЕННОЙ ВЕРСИИ

Для разработки новой версии нашего сервиса с голосовыми и текстовыми чатами, мы решили использовать комбинированный подход к выбору технологического стека, который позволяет оптимизировать производительность и функциональность приложения.

Основной элемент нашего нового подхода - использование WebRTC (Web Real-Time Communication) для передачи голосовых данных. WebRTC - это технология, позволяющая осуществлять передачу аудио и видео в реальном времени прямо в веб-браузерах без необходимости установки дополнительных плагинов. Это обеспечивает высокое качество звука без значительных задержек, что критически важно для эффективной голосовой связи.

Для передачи текстовых сообщений и другой служебной информации мы продолжаем использовать сокеты. Это обеспечивает надежный и проверенный механизм для обмена данными между клиентом и сервером в реальном времени. Сокеты идеально подходят для быстрой и эффективной передачи меньших объемов данных, таких как текстовые сообщения и команды управления.

Для создания графического интерфейса пользователя мы можем использовать такие фреймворки, как Kivy или PyQt. Эти фреймворки позволяют создавать современные и функциональные графические интерфейсы на Python, которые могут быть запущены на различных операционных системах.

Весь бэкенд, включая управление сессиями, аутентификацию, обработку данных и логику приложений, будет реализован на Python. Это унифицирует процесс разработки и упрощает интеграцию различных компонентов системы.

Для работы с базами данных мы используем системы, которые хорошо интегрируются с Python, например, PostgreSQL или SQLite. Существует множество библиотек и ORM (Object-Relational Mapping) систем, таких как SQLAlchemy или Django ORM, которые упрощают работу с базами данных из Python.

Таким образом, сосредоточив весь стек разработки вокруг Python (рис. 2), мы обеспечиваем высокую согласованность и эффективность рабочего процесса, а также упрощаем поддержку и масштабирование сервиса.

Рисунок 2. Стэк разработки

СЕРВЕРНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ

В описании работы серверной составляющей голосового чата на сокетах представлен простой пример, который помогает лучше понять основные принципы работы таких систем. [10] Этот базовый подход уже был реализован в рамках нашего проекта, но в процессе тестирования и эксплуатации выявилось, что система на сокетах, не обеспечивает необходимую производительность для наших целей. Хотя сервер на сокетах эффективен в управлении сессиями, маршрутизации и обработке аудиоданных, он сталкивается с ограничениями, связанными с задержками и масштабируемостью, особенно при увеличении числа пользователей.

Учитывая эти ограничения, в будущем мы планируем использовать технологию WebRTC. WebRTC специализирована на передаче аудио и видео в реальном времени и предлагает ряд преимуществ, включая улучшенную производительность, более низкие задержки и лучшую масштабируемость, что делает её более подходящей для наших целей. Кроме того, WebRTC включает встроенные механизмы шифрования и обеспечения безопасности, что крайне важно для защиты конфиденциальности пользователей в современном цифровом пространстве.

Переход на WebRTC позволит нам создать более надежную и мощную систему для голосового общения, которая будет соответствовать ожиданиям пользователей в отношении качества связи и безопасности данных.

Но от сокетов мы тоже не отказываемся, потому что через них будут передваться сообщения и все сервисные команды.

Архитектура нового сервера показана на рис. 3.

Рисунок 3. Новая архитектура сервера

Особое внимание следует уделить использованию технологий, таких как WebRTC и Python, для обеспечения высокой производительности и гибкости сервиса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной статье мы провели всесторонний анализ процесса проектирования и разработки сервиса с голосовыми и текстовыми чатами. Особое внимание было уделено аспектам импортозамещения в контексте современного российского IT-сектора. Были рассмотрены различные технологии передачи данных, их преимущества и недостатки, а также специфика их применения в условиях российского рынка. Особенно важной стала необходимость перехода от сокетов к более современной и эффективной технологии WebRTC для улучшения производительности и обеспечения высокого уровня безопасности.

Успешная реализация такого проекта требует глубокого понимания технических и юридических аспектов, а также учета потребностей и ожиданий российских пользователей. Проведение анализа рынка, применение современных подходов к защите данных и создание интуитивно понятного пользовательского интерфейса помогут создать не только функциональный, но и удовлетворительный для пользователя сервис. Разработка собственного решения для голосовых и текстовых чатов на базе WebRTC станет важным шагом на пути к укреплению независимости и технологической самостоятельности России в сфере цифровых коммуникаций.

В заключение, данный проект демонстрирует важность интеграции современных технологий и стратегического подхода к разработке IT-решений, что является ключом к созданию надежных, эффективных и безопасных цифровых сервисов на современном рынке.

Список литературы:

1. Общение в онлайне. Сегодня и завтра URL: https://compress.ru/article.aspx?id=9524 (дата обращения: 05.01.2024).
2. Автоматизация, безопасность, онлайн-знакомства: для чего еще используют голосовые технологии в 2021 году URL: https://habr.com/ru/articles/558774/ (дата обращения: 10.01.2024).
3. Looking Ahead: Cisco Wireless Security URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9781931836562500192 (дата обращения: 10.01.2024).
4. Федоров, Д. Ю.  Программирование на языке высокого уровня Python : учебное пособие для прикладного бакалавриата / Д. Ю. Федоров. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2019. – 161 с. – (Бакалавр. Прикладной курс). – ISBN 978-5-534-10971-9. – Текст: электронный // ЭБС Юрайт [сайт]. – URL: https://urait.ru/bcode/437489 (дата обращения: 01.02.2024).
5. Лутц М. Программирование на Python, том I, 4-е издание. – Пер. с англ. – СПб.: Символ-Плюс, 2011. – 992 с.
6. Top 10 Best Voice Chat APIs for Mobile and Web Apps URL: https://habr.com/ru/articles/538150/ (дата обращения: 10.01.2024).
7. Состояние и перспективы импортозамещения в российской ИТ-отрасли URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sostoyanie-i-perspektivy-importozamescheniya-v-rossiyskoy-it-otrasli (дата обращения: 10.01.2024).
8. Просто о WebRTC URL: https://forasoft.github.io/webrtc-in-plain-russian/ (дата обращения: 10.01.2024).
9. Streaming protocols and ultra-low latency including #webrtc URL: https://webrtcbydralex.com/index.php/2018/05/15/streaming-protocols-and-ultra-low-latency-including-webrtc/ (дата обращения: 20.01.2024).
10. Как создать многопользовательский чат с помощью WebSocket URL: https://dzen.ru/a/Y-AXCcMKtSLcYSJx (дата обращения: 10.01.2024).